裂隙巖體凍結溫度場與滲流場耦合作用機理及應用研究.pdf

1、人工凍結法是目前國內外廣泛使用的地層止水方法之一。由于地層中水滲流作用以及裂隙巖體中節(jié)理面構造的存在,關于滲流作用下裂隙巖體人工凍結溫度場及滲流場分布規(guī)律的研究成為人工凍結工程中亟待解決的重要課題之一。本文采用理論分析、數(shù)值模擬手段對裂隙巖體凍結溫度場及滲流場耦合作用機理進行了系統(tǒng)研究。著重分析了節(jié)理面水流速度、節(jié)理面開度、傾角以及粗糙性等因素對裂隙巖體凍結溫度場和滲流場的影響。主要取得了以下研究成果:
　　(1)針對人工凍結鑿井

2、的工程實際,建立了滲流作用下裂隙巖體人工凍結問題的數(shù)學模型。根據(jù)不可逆過程熱力學和連續(xù)介質力學的相關理論,建立了考慮相變的巖體凍結溫度-滲流-應力耦合控制方程,給出了體積熱容、導熱系數(shù)以及滲透系數(shù)等物性參數(shù)隨溫度的變化規(guī)律。
　　(2)采用數(shù)值生成法建立了裂隙率服從 Weibull分布的裂隙巖體凍結溫度場和滲流場的計算模型,分析了Weibull分布參數(shù)對裂隙巖體凍結溫度場及滲流場的影響。對豎井人工凍結工程進行了仿真,結果表明:局部

3、構造(節(jié)理面)特征對凍結工程的質量起著關鍵性的作用。
　　(3)建立了含節(jié)理面裂隙巖體的雙孔人工凍結模型,研究了節(jié)理面水流速度和節(jié)理面的開度、傾角對滲流作用下人工凍結地層凍結壁交圈時間、凍結壁厚度、凍結壁發(fā)育速度以及滲流場分布規(guī)律的影響。結果表明:節(jié)理面水流速度對凍結溫度場和滲流場的影響最大,節(jié)理面開度的影響次之,節(jié)理面傾角的影響最小。
　　(4)給出描述裂隙巖體中節(jié)理面的流場控制方程,采用數(shù)值方法生成節(jié)理面上各點的開度值,